空调压缩机转速对汽车空调的影响

王银萍

摘要：汽车空调系统中，压缩机是非常重要的零部件，如果其发生故障，将会直接影响空调的使用性能。本文选择一种汽车空调压缩机的故障进行测试，对其故障原因进行探究，希冀能为类似产品问题鉴定与解决提供一定参考。

关键词：汽车空调;空调压缩机;故障测试

汽车空调系统能为汽车驾乘人员营造实数的驾驶环境，使驾驶员能把注意力集中到观察、分析和判断路况，做出正确的驾驶操作。在汽车空调系统运行过程中，空调压缩机起到了至关重要的作用，若压缩机发生故障，将会直接影响汽车空调的制冷制热效果。因此，正确测试汽车空调压缩机故障，不仅能为汽车空调维修提供有效指引，也能为汽车故障纠纷鉴定提供参考。

一、汽车空调压缩机工作原理

汽车空调系统是利用制冷剂的循环，在蒸发箱中吸收驾驶室内的热量，然后再在冷凝器中將制冷剂吸收的热量释放，来降低驾驶室内的温度。汽车空调压缩机是建立汽车空调系统压力，吸收蒸发器流出的低温、低压气体，经过汽车空调压缩机将低温、低压的气体变为高温、高压的气体，然后输送到汽车空调系统的冷凝器，也是使制冷剂循环流动的动力源，汽车空调压缩机的性能直接影响汽车空调系统的制冷效果。汽车空调压缩机根据其内部结构、工作原理、控制信号、运转时转速等的不同，可分为多种类型。现代汽车由于节能和环保的要求越来越高，在车辆上采用转速可变的变频式汽车空调压缩机的车型越来越多。从构成上来看，变频式汽车空调压缩机主要包括压缩机电磁离合器、壳体、前后端盖、进排气阀、气体压缩装置、压缩机中心轴、管路接口等。目前，新能源汽车空调主要采用电动压缩机空调系统，新能源汽车的动力源主要是汽车自带的蓄电池输出的电功率，而蓄电池的容量是有限的，空调系统对电动汽车续驶里程影响却很大，因此研究空调压缩机转速对汽车空调的影响，对开发高效节能的热泵空调系统具有重要的意义。

二、空调压缩机转速对汽车空调的影响

在进行压缩机转速对系统性能影响试验之前，首先在上述环境工况下进行了系统最佳运行工况分析试验。通过对比分析可得出：当系统无过冷度时，系统稳定性及性能均表现不佳;当系统具有一定过冷度时，性能表现优异;当系统过冷度过大时，制冷量和系统COP均有降低趋势。进一步试验发现，当EXV开度过小（如压缩机转速为2000 r/min，EXV开度小于100步）时，会导致制冷剂循环流量过小，过冷度过大，节流后温度过低，导致蒸发器中第一个流程换热器表面出现结霜现象，而此时系统制冷量却较小，蒸发器出口压力也表现过低（低于0.26 MPa），这种状态运行对系统稳定性及性能均产生不利影响。通过多组试验最后得出：当过冷度在5～8℃时，系统性能表现最佳。基于此，本文试验中以过冷度来简捷判断最佳运行工况和确定电子膨胀阀最佳开度。

（一）压缩机转速对冷凝、蒸发压力的影响

图1示出了为不同压缩机转速下冷凝和蒸发压力的变化。图中不同压缩机转速下试验对应的是其最佳运行工况下的EXV开度。由图可见，冷凝压力随着压缩机转速的增大而增大，而蒸发压力随着压缩机转速的增大而降低。在室内外环境温度不变时，压缩机提高转速，增大了循环质量流量，并使低压更低，高压更高，压比增大，导致压缩机功耗和制冷量都有不同程度增加。

（二）压缩机转速对电子膨胀阀最佳开度和蒸发器出风温度的影响

图2示出了不同压缩机转速下的EXV最佳开度与蒸发器出风温度的变化。由图可见，当压缩机转速从2000 r/min增加到7000 r/min（以1000 r/min间隔增加），对应的电子膨胀阀最佳开度分别是：180，230，260，275，280，285步。可以看出，随着压缩机转速的增大，最佳电子膨胀阀开度逐渐增大，且其增大的速率在逐渐减小。这是由于压缩机转速在一定范围内增大，冷凝温度和压力会增大，在冷凝器进风温度和流量不变下，则其换热温差及换热量变大，如电子膨胀阀开度不变时会导致过冷度变大，因此当压缩机转速增大时要使过冷度保持在5～8℃之间（最佳工况标志），需要将电子膨胀阀开度在一定范围内调大。

图2还显示，压缩机转速从2000 r/min增加到7000 r/min（以1000 r/min间隔增加）对应的蒸发器出风温度分别是：21.5，18.9，17.8，16.8，15.5，15.1℃。可以看出，随着压缩机转速的增大，蒸发器出风温度逐渐减小，且其出风温度降低速率在逐渐减小。这是由于随着压缩机转速的增高，制冷剂流量增大，导致通过电子膨胀阀及管路的循环阻力增大，表现为冷凝侧压力升高，节流后的蒸发压力降低，蒸发温度降低，在通过蒸发器风量不变的条件下，其出风温度降低。但同时因其循环阻力和流量的增大导致压缩机消耗功率增大，因此，为达到合适的出风温度，过分提高压缩机转速并不利于能效比的提高。

（三）压缩机转速对制冷量、压缩机功耗和COP的影响

制冷量和COP是空调系统性能的重要评判依据。图3示出了不同压缩机转速对系统制冷量、功耗及COP的影响。由图可见，制冷量和压缩机功耗随着压缩机转速的增大均增大，而COP随着压缩机转速的增大表现为降低。其中制冷量曲线呈“上凸”型，这说明随着压缩机转速的增大，系统制冷量的增长速率在下降，而压缩机功耗曲线呈近似“直线”型，因此COP（制冷量与压缩机功耗之比）随着压缩机转速的增大而呈现降低趋势。由上述分析可知，高转速下可以获得较大制冷量，这有利于缩短车内降温时间，但不利于能效提高，故为提供一个高效节能的舒适环境，需多方面综合考虑。

三、结语

综上所述，当系统过冷度在5～8℃时，能获得较大的制冷量和COP，系统性能表现最好。随着压缩机转速的增大，对应的最佳工况下的电子膨胀阀最佳开度逐渐增大，但增大的速率逐渐减小;而蒸发器出风温度逐渐降低且下降速率在逐渐减小。随着压缩机转速的增大，冷凝压力增大，蒸发压力降低，压缩机功耗和制冷量都会有不同程度增加，COP表现为降低。综合蒸发器出风温度、制冷量和压缩机功耗及能效考虑，较高转速可达到快速降温目的，但不利于整体能效提高，因此压缩机转速不宜过分提高。

参考文献：

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